《建筑結(jié)構(gòu)用鋼材》課件

建筑結(jié)構(gòu)用鋼材鋼材是建筑結(jié)構(gòu)中的重要材料之一。它具有高強度、韌性和延展性等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于各種建筑結(jié)構(gòu)中。課程大綱緒論介紹建筑結(jié)構(gòu)用鋼材的重要性，概述其在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用領(lǐng)域。講解鋼材的分類，并分析不同類型鋼材的特性和應(yīng)用范圍。鋼材性能深入探討鋼材的力學(xué)性能、化學(xué)性能和物理性能，并分析這些性能對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的影響。闡述鋼材的選用原則，包括結(jié)構(gòu)安全因素、經(jīng)濟性因素和可焊性因素。鋼材加工與制造介紹鋼材的加工和制造工藝，包括熱軋、冷軋、焊接等。分析不同加工工藝對鋼材性能的影響。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計講解鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原理，包括荷載計算、截面尺寸確定和焊接連接設(shè)計。介紹鋼結(jié)構(gòu)常見問題，如腐蝕、變形、疲勞等，并提出相應(yīng)的解決方案。鋼材概述鋼材是現(xiàn)代建筑中不可或缺的材料，以其高強度、韌性、可塑性和耐久性等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于各類建筑結(jié)構(gòu)。鋼材種類繁多，根據(jù)化學(xué)成分和性能指標(biāo)，可分為碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等，為建筑結(jié)構(gòu)提供多樣化的選擇。鋼材在建筑中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它可以用于建造高層建筑、橋梁、隧道、體育場館等大型基礎(chǔ)設(shè)施，也能用于建造房屋、住宅等小型建筑，為人們提供安全、舒適的生活和工作空間。鋼材的種類和性能指標(biāo)碳素鋼碳素鋼是建筑結(jié)構(gòu)中最常用的鋼材，它具有良好的強度和可加工性。合金鋼合金鋼通過添加其他金屬元素，提高了鋼材的強度、耐腐蝕性和耐高溫性能。不銹鋼不銹鋼含有一定比例的鉻，具有極佳的耐腐蝕性，適用于室外建筑結(jié)構(gòu)。性能指標(biāo)鋼材的性能指標(biāo)包括抗拉強度、屈服強度、延伸率、沖擊韌性等，這些指標(biāo)決定了鋼材的強度、延展性和抗沖擊能力。碳素鋼低碳鋼低碳鋼含有低碳含量，通常用于結(jié)構(gòu)鋼，如梁、柱、樓板。中碳鋼中碳鋼含有中等碳含量，具有良好的強度和韌性，常用于軸、齒輪等機械零件。高碳鋼高碳鋼含有高碳含量，具有較高的強度，但韌性相對較低，常用于刀具、彈簧等。合金鋼強度和硬度添加合金元素可以提高鋼材的強度、硬度和韌性。耐腐蝕性添加耐腐蝕元素，如鉻和鎳，提高鋼材的耐腐蝕性。耐熱性添加耐熱元素，如鉬和鎢，提高鋼材的耐熱性。不銹鋼11.抗腐蝕性不銹鋼具有優(yōu)異的抗腐蝕性，在潮濕或腐蝕性環(huán)境中表現(xiàn)出色。22.耐高溫不銹鋼具有良好的耐高溫性能，可承受高溫環(huán)境而不變形或損壞。33.美觀不銹鋼表面光滑，具有金屬光澤，可以提升建筑物的視覺效果。44.易于維護不銹鋼耐腐蝕，易于清潔，不需要經(jīng)常維護保養(yǎng)。鋼材的力學(xué)性能鋼材的力學(xué)性能是指鋼材抵抗外力作用的能力，是鋼材的重要性能指標(biāo)之一。鋼材的力學(xué)性能主要包括抗拉強度、屈服強度、彈性模量等。這些力學(xué)性能指標(biāo)直接影響鋼材在建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用和安全性。抗拉強度定義材料在拉伸試驗中，斷裂時的最大應(yīng)力單位帕斯卡(Pa)或兆帕(MPa)重要性衡量材料承受拉伸載荷的能力建筑鋼材的抗拉強度通常在400-800MPa之間。屈服強度屈服強度是材料開始發(fā)生永久變形時的應(yīng)力。當(dāng)應(yīng)力超過屈服強度時，材料將發(fā)生塑性變形，即使應(yīng)力消除后，材料也不會恢復(fù)到原來的形狀。屈服強度是衡量材料抗塑性變形能力的重要指標(biāo)，是鋼材的重要性能指標(biāo)之一。屈服強度與鋼材的化學(xué)成分、熱處理工藝、加工工藝等因素有關(guān)。彈性模量200GPa鋼材的典型彈性模量0.2泊松比鋼材的泊松比100MPa屈服強度600MPa抗拉強度鋼材的化學(xué)性能鋼材的化學(xué)性能是指鋼材抵抗各種化學(xué)物質(zhì)侵蝕的能力，主要包括耐腐蝕性、耐火性、耐酸性等。鋼材的化學(xué)性能對鋼結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性能有著重要影響。耐腐蝕性是指鋼材在各種環(huán)境中抵抗腐蝕的能力。腐蝕會導(dǎo)致鋼材強度下降，甚至出現(xiàn)斷裂，影響鋼結(jié)構(gòu)的安全性。耐火性是指鋼材在高溫環(huán)境下抵抗燃燒的能力。當(dāng)鋼材在高溫環(huán)境下燃燒時，會釋放大量的熱量，可能引發(fā)火災(zāi)。耐腐蝕性大氣腐蝕鋼材在大氣環(huán)境中會受到氧氣、水分、二氧化碳等物質(zhì)的腐蝕，形成氧化物。酸性腐蝕在酸性環(huán)境中，鋼材會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成氫氣和金屬離子，導(dǎo)致鋼材腐蝕。堿性腐蝕在堿性環(huán)境中，鋼材會發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，形成氧化膜，導(dǎo)致鋼材腐蝕。電化學(xué)腐蝕當(dāng)鋼材與其他金屬接觸時，會形成電化學(xué)腐蝕電池，導(dǎo)致鋼材腐蝕。耐火性耐火性能測試鋼材在高溫環(huán)境下，會發(fā)生強度下降、塑性降低，甚至熔化。防火涂料防火涂料可以提高鋼材的耐火性能，延長其在火災(zāi)中的抵抗時間。防火隔離帶在建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置防火隔離帶，可以阻止火勢蔓延，保護人員生命安全。鋼材的選用原則結(jié)構(gòu)安全鋼材強度和延性，保證結(jié)構(gòu)安全可靠。不同結(jié)構(gòu)部位需要滿足不同的安全系數(shù)要求。經(jīng)濟性選擇性價比高的鋼材，綜合考慮材料成本、加工成本和運輸成本等因素?？珊感院附有阅苁卿摬牡闹匾獙傩?，焊接質(zhì)量影響結(jié)構(gòu)整體性能。結(jié)構(gòu)安全因素安全系數(shù)安全系數(shù)是指設(shè)計荷載與材料強度之間的比值。它用于確保建筑結(jié)構(gòu)在實際使用過程中能夠承受各種意外荷載和環(huán)境因素，并保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。容許應(yīng)力容許應(yīng)力是指結(jié)構(gòu)材料在正常使用條件下所能承受的最大應(yīng)力，它由材料的屈服強度和安全系數(shù)決定。經(jīng)濟性因素11.價格不同鋼材種類價格差異較大。選擇價格合理的鋼材，可降低工程造價。22.加工成本不同鋼材加工工藝復(fù)雜程度不同，影響加工成本。選擇易于加工的鋼材，可降低成本。33.運輸成本鋼材運輸成本與距離、重量有關(guān)。選擇當(dāng)?shù)毓?yīng)充足的鋼材，可減少運輸成本?？珊感砸蛩睾附有阅芎附邮沁B接鋼材的常見方法，選用可焊性好的鋼材，能保證焊接接頭的質(zhì)量和強度?？沽研凿摬脑诤附舆^程中容易產(chǎn)生熱應(yīng)力和冷縮應(yīng)力，選用抗裂性好的鋼材，可以減少焊接裂紋的產(chǎn)生。焊接工藝焊接工藝對鋼材的焊接性能影響很大，例如焊接電流、焊接速度等，需要選擇合適的焊接工藝。鋼材的加工和制造1熱軋鋼材加熱至高溫后，通過軋機進行塑性變形，以獲得所需的形狀和尺寸。2冷軋將熱軋鋼材在常溫下進行軋制，可以提高鋼材的表面質(zhì)量和精度。3焊接采用焊接技術(shù)將鋼材連接起來，形成鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件。熱軋高溫塑性變形熱軋過程利用高溫使鋼材處于塑性狀態(tài)，通過軋機進行塑性變形，以獲得所需的尺寸和形狀。提高強度和韌性熱軋可以改善鋼材的晶粒結(jié)構(gòu)，提高強度和韌性，并降低內(nèi)部應(yīng)力。廣泛應(yīng)用熱軋是生產(chǎn)各種鋼材產(chǎn)品的基本工藝，包括鋼板、鋼管、鋼軌、鋼筋等。冷軋冷軋工藝將熱軋鋼板在常溫下進行軋制，可得到尺寸精確、表面光潔的鋼板。冷軋?zhí)攸c具有較高的強度、硬度和耐磨性，表面光潔，尺寸精度高。應(yīng)用廣泛廣泛用于汽車、家電、機械制造、建筑等行業(yè)。焊接1熔化連接焊接是通過高溫熔化金屬，使之相互熔合，最終形成一個整體連接的方式。2結(jié)構(gòu)完整性焊接是將鋼材連接成一個整體結(jié)構(gòu)的重要工藝，確保整體結(jié)構(gòu)的完整性和強度。3焊接方法常見的焊接方法包括手工電弧焊、氣體保護焊、埋弧焊等。4質(zhì)量控制焊接過程需要嚴(yán)格的質(zhì)量控制，以確保焊接質(zhì)量合格，防止焊接缺陷出現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計中重要一環(huán)。它涉及材料選擇、結(jié)構(gòu)形式、荷載計算、截面尺寸確定、連接設(shè)計等多個方面。1荷載計算計算結(jié)構(gòu)所承受的各種荷載，如風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等。2截面尺寸確定根據(jù)荷載和結(jié)構(gòu)形式確定鋼構(gòu)件的截面尺寸。3連接設(shè)計設(shè)計鋼構(gòu)件之間的連接方式，如焊接、螺栓連接等。荷載計算荷載計算是鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要步驟，它直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性。荷載包括永久荷載、活荷載和風(fēng)荷載等，需要根據(jù)具體情況進行計算和分析。荷載類型計算方法影響因素永久荷載根據(jù)材料重量和結(jié)構(gòu)形式計算結(jié)構(gòu)自重、設(shè)備重量活荷載根據(jù)使用功能和規(guī)范規(guī)定確定房間用途、人員密度風(fēng)荷載根據(jù)風(fēng)速和建筑高度計算地理位置、建筑高度截面尺寸確定鋼結(jié)構(gòu)截面尺寸的確定需要考慮多種因素，包括荷載、材料強度、結(jié)構(gòu)形式、施工工藝等。設(shè)計師需要根據(jù)具體情況進行計算和選擇，以確保結(jié)構(gòu)安全和經(jīng)濟合理。常見的截面尺寸確定方法包括：對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，通常采用有限元分析法進行截面尺寸優(yōu)化，以提高結(jié)構(gòu)效率和降低造價。焊接連接設(shè)計焊縫類型焊縫類型包括對接焊縫、角焊縫、搭接焊縫等。選擇合適的焊縫類型取決于所連接的鋼材、結(jié)構(gòu)受力特點以及施工條件。焊縫的形狀和尺寸也需根據(jù)具體要求進行設(shè)計，例如焊縫長度、厚度、間距等。焊接工藝焊接工藝是指在焊接過程中使用的具體方法，如手工焊、氣焊、電弧焊、激光焊等。選擇合適的焊接工藝要考慮焊接材料、結(jié)構(gòu)尺寸、焊接質(zhì)量要求、施工效率等因素。焊接材料焊接材料包括焊條、焊絲、焊劑等。焊接材料的選擇要與被連接鋼材的化學(xué)成分、力學(xué)性能相匹配。焊接材料的質(zhì)量直接影響焊接質(zhì)量，需嚴(yán)格控制材料的成分和性能指標(biāo)。鋼結(jié)構(gòu)常見問題鋼結(jié)構(gòu)在使用過程中會遇到一些常見的問題，如腐蝕、變形和疲勞等。腐蝕是指鋼材在環(huán)境中的氧化，導(dǎo)致鋼材強度降低。變形是指鋼結(jié)構(gòu)在荷載作用下產(chǎn)生的形狀變化，可能影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和功能。疲勞是指鋼結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下，材料的強度逐漸降低，最終導(dǎo)致失效。這些問題會嚴(yán)重影響鋼結(jié)構(gòu)的安全性和使用壽命。因此，在設(shè)計和施工過程中必須采取措施，預(yù)防和控制這些問題。腐蝕氧化反應(yīng)鋼鐵與空氣中的氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化鐵，即鐵銹。鐵銹疏松多孔，不能保護內(nèi)部的金屬，還會加速腐蝕。環(huán)境因素環(huán)境中的酸雨、鹽霧、土壤中的腐蝕性物質(zhì)都會加速鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕。結(jié)構(gòu)強度降低腐蝕會導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)的截面減小，承載能力下降，甚至造成結(jié)構(gòu)坍塌。變形溫度變化鋼材受熱膨脹，遇冷收縮，造成結(jié)構(gòu)變形。荷載作用結(jié)構(gòu)在承受荷載時，會產(chǎn)生彈性變形或塑性變形。焊接應(yīng)力焊接過程中的熱量輸入會導(dǎo)致焊接區(qū)域的熱應(yīng)力和變形。施工誤差施工過程中的測量誤差或安裝偏差會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的整體變形。疲勞1重復(fù)載荷鋼結(jié)構(gòu)在反復(fù)的荷載作用下，材料內(nèi)部會產(chǎn)生微小的裂紋。2裂紋擴展隨著時間的推移，這些裂紋會逐漸擴展，最終導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)失效。3疲勞極限每個材料都有一個疲勞極限，低于這個極限，結(jié)構(gòu)可以承受無限次的循環(huán)載荷。4設(shè)計考慮設(shè)計時需要考慮結(jié)構(gòu)的疲勞性能，選擇合適的材料和連接方式。質(zhì)量控制措施材料檢驗確保鋼材符合設(shè)計要求和國家標(biāo)準(zhǔn)。焊接質(zhì)量控制嚴(yán)格控制焊接工藝參數(shù)，確保焊接質(zhì)量。施工過程控制加強施工過程管理，防止出現(xiàn)質(zhì)量問題。材料檢驗化學(xué)成分檢驗確保鋼材符合設(shè)計要求的化學(xué)成分。使用光譜儀或化學(xué)分析方法檢測。力學(xué)性能檢驗評估鋼材的強度、韌性和塑性。進行拉伸試驗、彎曲試驗、沖擊試驗等。外觀檢驗檢查鋼材表面是否存在缺陷，如裂紋、氣孔和夾雜物。肉眼觀察或借助放大鏡。尺寸檢驗驗證鋼材的尺寸是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。使用卡尺、游標(biāo)卡尺或其他測量工具。焊接質(zhì)量控制焊縫質(zhì)量檢驗嚴(yán)格控制焊縫尺寸，確保焊縫均勻，無氣孔、裂紋等缺陷。焊接工藝控制